(57)【要約】【課題】  ストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要がなく、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要がないトルク検出装置の提供。【解決手段】  連結軸３により同軸に連結された第１軸１及び第２軸２と、第１軸１の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石５と、第２軸２に固定され、永久磁石５の磁界内に配置されて磁気回路を形成する軟磁性体４ａ，４ｂと、軟磁性体４ａ，４ｂに発生した磁束を検出する検出器６とを備え、第１軸１又は第２軸２にトルクが加えられたときに、検出器６の出力に基づき、トルクを検出するトルク検出装置。永久磁石５の一端面及びこの一端面に対向する軟磁性体４ｂの部位に、連結軸３が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部１３，１２をそれぞれ備え、連結軸３の捩れを所定角度以下に制限する構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、
前記永久磁石の一端面及び該一端面に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ備え、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記永久磁石の当接部は、強度を増す為に、又は表面を保護する為に、表面処理されている請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、
前記永久磁石は、一端面に該永久磁石とは異なる材質の部分を備え、該部分及び該部分に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ有し、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に好適に使用され、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、第１軸に固設された永久磁石と、第２軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置のトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置等が使用されている。また、特許文献１には、トーションバーにより同軸に連結された入力軸及び出力軸と、入力軸に固設されたリング状の永久磁石と、出力軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体からなる磁気ヨークと、磁気ヨークに発生した磁束を検出する磁気センサとを備え、入力軸にトルクが加えられたときに、磁気センサの出力に基づき、トルクを検出するトルクセンサが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなトルクセンサでは、トーションバーが捩れ過ぎて破損するのを防止する為に、所定角度以上に捩れるのを機械的に止めるストッパーが別途必要であり、このストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要があり、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要があり、手間が掛かるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、ストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要がなく、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要がないトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記永久磁石の一端面及び該一端面に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ備え、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とする。
【０００７】
このトルク検出装置では、第１軸及び第２軸が、連結軸により同軸に連結され、円筒形状の永久磁石が、第１軸の所定個所に同軸に固設され、複数の軟磁性体が、第２軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する。検出器が、軟磁性体に発生した磁束を検出し、第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、そのトルクを検出する。永久磁石の一端面及びこの一端面に対向する軟磁性体の部位のそれぞれの当接部が、連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接し、連結軸の捩れを所定角度以下に制限する。
【０００８】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記永久磁石の当接部は、強度を増す為に、又は表面を保護する為に、表面処理されていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記永久磁石は、一端面に該永久磁石とは異なる材質の部分を備え、該部分及び該部分に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ有し、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
このトルク検出装置では、第１軸及び第２軸が、連結軸により同軸に連結され、円筒形状の永久磁石が、第１軸の所定個所に同軸に固設され、複数の軟磁性体が、第２軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する。検出器が、軟磁性体に発生した磁束を検出し、第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、そのトルクを検出する。永久磁石は、一端面に異なる材質の部分を備え、この異なる材質の部分及びこの部分に対向する軟磁性体の部位のそれぞれの当接部が、連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接し、連結軸の捩れを所定角度以下に制限する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るトルク検出装置によれば、ストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要がなく、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要がなく、製造コストの削減を図ることが可能なトルク検出装置を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す説明図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。このトルク検出装置は、入力軸１（第１軸）と出力軸２（第２軸）とを、細径のトーションバー３（連結軸）を介して同軸状に連結している。入力軸１及び出力軸２は、それぞれピン９によりトーションバー３に連結されている。
【００１３】
入力軸１には、２４極（Ｎ，Ｓ極各１２極）が周方向に等間隔で着磁された円筒形状の永久磁石５が、同軸に固設されている。永久磁石５は、図３の下面図に示すように、下端面に、扇形形状の凸部１３及び凹部１４が１２個ずつ交互に形成されている。
【００１４】
出力軸２には、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石５を囲む２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂ（軟磁性体）が、同軸に固設されている。磁気ヨーク４ａ，４ｂは、板状のリングに、その板面に垂直な一方向に延びる１２個の二等辺三角形状の爪１０が等間隔に周設されている。２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂは、それぞれの爪１０が周方向に適当な間隔でずれるように対向している。下側の磁気ヨーク４ｂには、図２（ａ）に示すように、トーションバー３が貫通する為の孔を有する底が設けられ、底の上面には、各爪１０から前記孔にかけて凸部１２（図２（ｂ）、磁気ヨークの当接部）と、凸部１２を除く凹部１１（図２（ｃ））とが形成されている。
【００１５】
磁気ヨーク４ｂの各凸部１２は、永久磁石５の各凹部１４に遊嵌され、この遊びの部分がトーションバー３の捩れ代となる。つまり、トーションバー３が捩れたときに、各凸部１２の図４に示す側面に、永久磁石５の各凸部１３（永久磁石の当接部）の側面が当接して、所定角度以上に捩れるのを防止する。
【００１６】
尚、図５（ａ）に示すように、永久磁石５の各凸部１３及び凹部１４の表面１５に、焼入れ又は樹脂等によるコーティング等の表面処理を施せば、各凸部１３の強度を増すことが出来、また、表面を保護することが出来る。表面処理を施す範囲は、凸部１３の側面に限ることも可能である。また、図５（ｂ）に示すように、永久磁石５の各凸部１３及び凹部１４の表面１６を、別の金属で覆うようにすれば、各凸部１３の強度を増すことが出来る。金属で覆う範囲を、凸部１３の側面に限ることも可能である。また、図５（ｃ）に示すように、永久磁石５の内部に別の金属１７（別の材質）を埋め込み、別の金属１７の下端面に凸部１３及び凹部１４を形成すれば、凸部１３の強度を増すことが出来る。
【００１７】
磁気ヨーク４ａ，４ｂは、永久磁石５が形成する磁界内に配置されており、それらの間のギャップに生じる磁束を検出する１又は複数のホールＩＣ６（ホール素子、検出器）が、ギャップに挿入されている。ホールＩＣ６は、図示しないハウジングに固定され、ホールＩＣ６のリード線７は、図示しない基板に半田付けされ、ホールＩＣ６が作動する為の電源を供給し、ホールＩＣ６が検出した出力を得ている。磁気ヨーク４ａ，４ｂは、トルクが加えられない中立状態で、それぞれの爪１０の先端が、永久磁石５のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。
【００１８】
以下に、このような構成のトルク検出装置の動作を説明する。入力軸１又は出力軸２にトルクが加えられないとき、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０は、図６（ｂ）に示すように、永久磁石５のＮ極及びＳ極に対向する面積が等しくなり、Ｎ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間には磁束は生じない。
【００１９】
入力軸１又は出力軸２に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー３に捩れが生じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０及び永久磁石５の相対位置が変化する。このとき、例えば、図６（ａ）に示すように、磁気ヨーク４ａの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より大きくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。また、磁気ヨーク４ｂの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より小さくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。その結果、磁気ヨーク４ａから磁気ヨーク４ｂへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪１０に対向するＮ極及びＳ極の面積の差が大きい程大きくなる。
【００２０】
一方、入力軸１又は出力軸２に他方向のトルクが加えられたとき、上記とは逆方向に、トーションバー３に捩れが生じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０及び永久磁石５の相対位置が変化する。このとき、例えば、図６（ｃ）に示すように、磁気ヨーク４ａの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より小さくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。また、磁気ヨーク４ｂの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より大きくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。その結果、磁気ヨーク４ｂから磁気ヨーク４ａへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪１０に対向するＮ極及びＳ極の面積の差が大きい程大きくなる。
【００２１】
上述した磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間のギャップに生じる磁束密度の変化を、トーションバー３の捩れ角である電気角−１８０〜１８０ｄｅｇ．（機械角−１５〜１５ｄｅｇ．）に対応させて図示すると、図６（ｄ）に示すような正弦波状となる。実際に使用される範囲は、トーションバー３の剛性から、−９０〜９０ｄｅｇ．（機械角−７．５〜７．５ｄｅｇ．）を超えることはなく（実際に使用される範囲は、機械角−５〜５ｄｅｇ．程度）、加えられたトルクに応じた磁束密度を検出することが出来る。つまり、検出した磁束密度に基づき、加えられたトルクを知ることが出来る。
【００２２】
一方、入力軸１又は出力軸２にトルクが加えられてトーションバー３が捩れ、その捩れ角度が例えば５ｄｅｇ．に達したとき、磁気ヨーク４ｂの各凸部１２の側面に、永久磁石５の各凸部１３の側面が当接して、トーションバー３がそれ以上に捩れて破損するのを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置の一方の磁気ヨークを示す説明図である。
【図３】本発明に係るトルク検出装置の永久磁石を示す下面図である。
【図４】本発明に係るトルク検出装置の一方の磁気ヨークを示す説明図である。
【図５】本発明に係るトルク検出装置の他の永久磁石の例を示す説明図である。
【図６】本発明に係るトルク検出装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  入力軸（第１軸）
２  出力軸（第２軸）
３  トーションバー（連結軸）
４ａ，４ｂ  磁気ヨーク（軟磁性体）
５  永久磁石
６  ホールＩＣ（ホール素子、検出器）
７  リード線
１０  爪
１１  凹部（磁気ヨークの凹部）
１２  凸部（磁気ヨークの当接部）
１３  凸部（永久磁石の当接部）
１４  凹部（永久磁石の凹部）
１５，１６表面
１７  別の金属（別の材質）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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